Pianeti extrasolari: eccezione o regola?

Ancora news dal mondo dei pianeti extrasolari!
Fino a qualche decina di anni fa, più di uno scienziato era convinto che il sistema solare potesse rappresentare un'eccezione più unica che rara, se non nell'intero Universo, almeno nella nostra Galassia.
Nel 1995, anno di scoperta del primo pianeta extrasolare, si cominciò a comprendere che anche altre stelle potevano ospitare sistemi planetari, sia pur estremamente diversi rispetto al nostro.

Quasi ogni stella possiede un sistema planetario

A 17 anni di distanza da quella prima scoperta, il numero di pianeti extrasolari confermati è salito ad oltre 700, mentre sono oltre 2000 i candidati da confermare.

I circa 2300 pianeti candidati sono stati scoperti in circa 2 anni dalla sonda della NASA Kepler, attraverso la tecnica dei transiti.
Questo metodo di indagine prevede di osservare, se si è nella giusta prospettiva, il calo di luce prodotto dal passaggio dell'ipotetico pianeta di fronte alla propria stella.
Come ci si può aspettare, le probabilità che un simile allineamento si verifichi, sono davvero basse, perché potremmo osservare solamente i pianeti la cui orbita giace quasi lungo la nostra linea di vista.

Nonostante questa condizione geometrica possa essere soddisfatta da un massimo del 10% delle stelle che effettivamente possiedono un pianeta, e considerando che Kepler ha indagato una zona di cielo più piccola del diametro apparente della Luna piena, appare evidente che il numero effettivo di sistemi planetari possa essere davvero elevato.

Quanti pianeti ci sono quindi là fuori? O meglio, quante stelle possiedono almeno un pianeta?
Dare delle risposte precise è molto complicato, perché tutti i metodi di indagine attualmente utilizzati fanno una selezione a priori.
Se il metodo dei transiti ci fa vedere solo i pianeti la cui orbita è vista di profilo, il metodo delle velocità radiali, quello di gran lunga più utilizzato, permette di scoprire solamente i pianeti estremamente vicini alle proprie stelle. Come se non bastasse, entrambi i metodi sono molto sensibili alla massa dei pianeti, tanto che è davvero difficile scoprire corpi celesti simili alla Terra.
Se su tutto questo ci mettiamo le pure questioni economiche legate ai finanziamenti alla ricerca, che preferiscono dare spazio a progetti di breve durata e risultato garantito, si capisce come sia attualmente impossibile scoprire tutti quei sistemi planetari composti da corpi celesti le cui orbite assomigliano molto a quelle di Giove, Saturno, per non parlare di Urano e Nettuno. Chi finanzierebbe un progetto di ricerca volto ad individuare il transito di un pianeta con un periodo orbitale di almeno 10 anni, con una probabilità di successo inferiore al 5%, per ogni stella osservata?

In questo scenario, tipico di una disciplina scientifica ancora agli inizi, i dati statistici sono ancora piuttosto incerti. E' infatti impossibile riuscire ad osservare tutti i sistemi planetari della Galassia; per scoprire quanti ce ne possono essere, basta indagare un campione statisticamente valido che non sia limitato dai metodi di indagine utilizzati.
Alcuni scienziati hanno ipotizzato che, secondo i dati attuali, una percentuale compresa tra il 17% ed il 30% delle stelle simili al Sole può ospitare effettivamente un sistema planetario.
Per stelle simili al Sole si intendono astri appartenenti alla sequenza principale (la parte più stabile della vita di una stella), con massa compresa tra le 0,5 e 2 volte quella della nostra stella.
Se consideriamo che questi astri sono i più abbondanti nell'Universo, e che nella nostra Via Lattea ve ne sono circa 200 miliardi, il numero di sistemi planetari potrebbe oscillare tra 30 e 60 miliardi.
Sotto questo punto di vista, quindi, non solo il nostro sistema solare non è unico nell'Universo, ma potrebbe rappresentare una regola piuttosto che un'eccezione, come si era portati a credere.

Per gettare maggiore luce su questo punto, un gruppo internazionale di astronomi ha pubblicato recentemente uno studio che sembra dare maggiore forza a questa convizione, arrivando a teorizzare che quasi tutte le stelle possiedono almeno un pianeta.

Microlensing gravitazionale

Gli scienziati in 6 anni di ricerche hanno osservato milioni di stelle e studiato un effetto particolare, chiamato microlensing gravitazionale.

In parole molto semplici, quando una stella relativamente vicina sembra sovrapporsi, per un gioco prospettico, ad una sorgente (stella, galassia) più distante, questa si comporta come una lente di ingrandimento, aumentando la luminosità della sorgente di sfondo.
Questo effetto è diretta conseguentza della teoria della relatività generale e riguarda, con intensità diverse, tutti i corpi dotati di massa.

Quando la stella che fa da lente possiede uno o più pianeti che le ruotano intorno, anche questi corpi celesti amplificano la luce della sorgente di sfondo, producendo un repentino e breve aumento di luminosità, che si sovrappone all'andamento principale indotto dalla stella.
Questa tecnica ha dei grossi svantaggi nel campo della ricerca attiva dei pianeti, perché nessuno può prevedere questo rarissimo allineamento celeste e perché, poi, una volta che si è verificato, non è più possibile confermare le osservazioni fino al successivo (e molto raro) allineamento.

D'altra parte, l'uso della tecnica del microlensing ha anche dei vantaggi, il più importante è sicuramente il fatto che non fa una selezione troppo severa sulle dimensioni e la distanza dei pianeti, proprio il problema che si deve risolvere per scoprire qual è la percentuale di sistemi planetari nella Galassia.

Il metodo del microlensing gravitazionale, consente di scoprire in modo rapido, tutti i pianeti con massa fino a poche volte quella terrestre, posti su orbite comprese tra 50 milioni e 1,5 miliardi di chilometri dalla loro stella. Questo significa che questo metodo di indagine è attualmente il migliore per permettere una stima dei sistemi planetari presenti nella Via Lattea.

Gli scienziati, attraverso i telescopi dell'ESO (Europear Southern Observatory) hanno monitorato milioni di stelle in 6 anni per osservare gli eventi di microlensing totali e quelli associati alla presenza di sistemi planetari, giungendo ad un risultato a dir poco sbalorditivo.
Circa il 17% delle stelle possiede almeno un pianeta di tipo Hot-Jupiter, corpi celesti gassosi estremamente vicini alle proprie stelle; un dato in linea con le stime effettuate a partire dagli studi condotti attraverso gli altri metodi di indagine.
Quello che più sorprende, però, sono le stime per i pianeti meno massicci.
Secondo lo studio, ben il 52% delle stelle possiede un pianeta di taglia nettuniana e circa il 62% delle stelle possiede le cosiddette super-Terre, pianeti simili al nostro ma leggermente più massicci.
Vi è da dire che l'errore di queste percentuali è piuttosto elevato e deriva ancora una volta da un metodo che ci da una panoramica ancora non completa.

E' infatti vero che con il microlensing gravitazionale è possibile rilevare pianeti senza operare una selezione rigida sulle masse e sulle distanze dalla stelle, ma è anche vero quanto detto poche righe sopra: la percentuale di stelle che provoca un evento di microlensing, rispetto al totale, è davvero esigua.
Oltre all'esiguo numero di eventi osservati, gli astronomi hanno fatto anche un paio di assunzioni importanti ma critiche:
1) Le stelle osservate rispecchiano la popolazione media della Galassia
2) I sistemi planetari sono equamente distribuiti nel disco galattico.
A questo punto il gioco statistico è relativamente semplice da comprendere.
Mi riferisco a dei numeri casuali, giusto per farlo capire a grandi linee.
Se su un milione di stelle studiate, gli eventi di microlensing sono solamente 50 e se tra questi si scoprono 40 sistemi planetari, allora significa che la grande maggioranza delle stelle, tenendo in considerazione le due assunzioni precedenti, ha un sistema planetario. Visto però l'esiguo numero di eventi effettivamente rilevati, le incertezze in questo calcolo restano altissime, se si pensa che nella Via Lattea le stelle adatte possono essere quasi 200 miliardi!

Considerazioni tecniche a parte, questo studio rappresenta forse il capitolo finale di una rivoluzione di pensiero davvero imponente, inziata solamente 16 anni fa.
Non solo il nostro sistema solare non è unico, ma quasi tutte le stelle della Galassia hanno almeno un pianeta. Questo implica almeno 100 miliardi di sistemi planetari solamente nella Via Lattea; senza parlare dei pianeti di taglia terrestre e sub-terrestre, ancora difficili da individuare, quindi esclusi da questa statistica. E' probabile, quindi, che nella Galassia vi siano addirittura più pianeti che stelle.
Se poi pensate che nell'Universo osservabile si stimano circa 500 miliardi di galassie......



Qui trovate l'articolo originale di questo studio